濕法FGD濕煙囪工藝的問題及對策
來源： 閱讀：2417 更新時間：2008-08-05 14:45摘要：介紹了濕法FGD濕煙囪工藝的可行性和選擇該工藝時應考慮的問題，并提出了濕煙道、濕煙囪設計的基本要求。
關鍵詞：濕法煙氣脫硫；濕煙囪；工藝選擇；設計
據德國火力發電廠的統計，熱交換器占總投資費用的7.0%；珞璜電廠3、4號FGD在主要設備進口的情況下，2臺國產光管和螺旋肋片管煙氣加熱器（GGH）占總設備費的3.5%左右。若取消GGH，降低FGD總壓損、FGD增壓風機容量和電耗，可大大減少運行和檢修費用。就我們的經驗，燃用高硫煤的GGH檢修、改造費用相當高，同時，GGH還是造成FGD事故停機的主要設備。在大多數情況下，一套精心設計的濕煙囪FGD的總投資和運行、維護費用較裝有GGH的FGD要低得多。
目前，許多FGD系統（特別是德、日）都裝有GGH，但自20世紀80年代中期以來，美國設計的大多數FGD已選擇濕煙囪運行。近年，我國也提出了采用濕煙囪工藝的要求。本文將概要地介紹采用濕煙囪需要考慮的問題，以供選擇工藝方案時參考。
1 GGH的功能及省卻GGH的可行性
GGH的功能：（1）增強污染物的擴散；（2）降低煙羽的可見度；（3）避免煙囪降落液滴；（4）避免洗滌器下游側設備腐蝕。
就目前的FGD工藝技術水平而言，加熱煙氣對于減少洗滌器下游側的冷凝物是有效的，但對去除透過除霧器被煙氣夾帶過來的液滴和匯集在煙道壁上的流體重新被煙氣夾帶形成的較大液滴作用不大。因此，加熱器對于降低其下游側設備腐蝕的作用有限。實際上，無論是洗滌器上游側的降溫換熱器還是下游側的加熱器，其本身的腐蝕就令人頭痛。隨著ME、煙道、煙囪設計的改進和結構材料的發展，從技術和經濟的角度來說，省卻GGH是可行的。
2 采用濕煙囪應考慮的問題
2.1 影響選擇濕煙囪的因素
火電廠選擇濕煙囪運行通常是出于投資、運行和維修費用的考慮，在大多數情況下，濕煙囪方案具有最低的總費用。但是，煙氣擴散和煙羽的不透明度等其他因素有可能壓倒經濟方面的考慮。
2.1.1 煙流擴散
為防止煙流下洗（down wash），煙囪出口處流速不宜低于該高度處風速的1.5倍，一般宜在20～30m/s，排煙溫度在100℃以上[3]。煙流下洗不僅會腐蝕煙囪的組件材料，而且減弱了煙氣的擴散，影響周圍環境。在低于0℃的氣溫下還會導致煙囪上結冰。外煙囪的直徑過大，會在其下風側產生較大的低壓區，因此，有多個內煙道的煙囪發生煙流下洗的可能性較單煙道煙囪更大。濕煙囪排放的低溫煙氣抬升小，垂直擴散速度低，出現煙流下洗的可能性更大。
濕煙囪的另一個問題是煙囪"降雨"（stack rain out），其起因是煙氣夾帶的液滴，這種降雨通常發生在煙囪下風側幾百米內。雖然加熱煙氣的濕法FGD也可能發生煙囪降雨，但濕煙囪出現的幾率更大。
2.1.2 煙羽的黑度
發電廠排放煙氣的透明度主要受飛灰顆粒物、液滴和硫酸霧的影響，造成煙氣不透明的主要物質是NO2。飽和熱煙氣離開煙囪后溫度下降，形成水霧，這種含有較多水汽或其他結晶物質的白色煙氣會降低煙氣的黑度，使得測得的黑度不能真實地反映污染情況。濕煙囪排放白色煙流更嚴重。
2.1.3 冷凝物的形成
煙囪降雨的直接原因是煙氣中有水滴，其來源：（1）透過ME夾帶過來的液滴，這種液滴直徑通常在100～1000μm，少數大于2000μm，其量與ME的性能、清潔狀況、煙氣流速等因素有關。（2）飽和煙氣順著煙囪上升時壓力下降，絕熱膨脹使煙氣變冷，形成直徑大約為1μm的水滴。（3）熱飽和煙氣接觸到較冷的煙道和煙囪內壁形成了冷凝物。
由于受慣性力的作用，煙氣夾帶的較大水滴撞到煙道和煙囪壁上，并與壁上冷凝液結合，并重新被帶入煙氣，這些重新被帶出的液滴直徑通常在1000～5000μm之間，其量取決于壁面的特性和煙氣流速。粗糙的壁面、較高的煙氣流速使夾帶量增加。
2.2 濕煙囪工藝采用裝置的設計要求
2.2.1 ME的設計
ME的正確設計和運行對于濕煙囪工藝尤為重要。以逆流噴淋吸收塔為例，最上層噴淋母管與ME端面應有足夠的距離；ME端面煙氣的分布應盡量均勻；應選用臨界速度高、透過的夾帶物少（<50mg/m3）、材料堅固、表面光滑的高性能ME；盡可能選擇水平煙氣流ME；設置沖洗和壓差監視裝置。
接觸濕煙氣的煙道壁、導流板、支撐加固件上會留有液體，因此，煙道的設計應盡量減少水淤積，要有利于冷凝液排往吸收塔或收集池；膨脹節和檔板不能布置在低位點，同時要設計排水設施。為盡量減少煙氣夾帶液體，甚至不允許煙道內有加固件。
每種材料都有其特有的煙氣重新夾帶液體的臨界速度，如果煙氣流速始終低于所用結構材料的臨界流速，就可最大限度地減少夾帶液體。對大多數出口煙道材料來說，開始明顯重新夾帶液體的煙氣流速是12～30m/s，對于內表面平整光滑、不連續結構少的煙道，臨界流速可取該范圍的上限。煙囪入口煙道應避免采用內部加固件，一般主張煙囪入口煙道的寬度等于煙囪半徑，這樣可以加劇煙氣的旋流，有利于液滴沉積到煙囪壁上。
對出口煙道和煙囪的煙氣流進行模擬試驗有助于確定煙道尺寸、走向、導流板和集液設施的最佳位置，還可預測液體沉積和煙氣夾帶的情況。
2.2.3 煙囪內煙道
煙囪結構設計的主要要求是能有效地收集煙氣帶入的較大液滴和防止煙囪壁上的液體被煙氣重新帶走，最大限度地減少煙囪排放液體。當煙氣進入煙囪時，煙氣由水平流急轉成垂直流，慣性力使較大的液滴撞向煙囪入口煙道對面的內煙囪壁面上，因此，在此位置上布置集液裝置能有效地收集液滴。此外，煙囪的底部應低于煙囪入口煙道的底部，形成一個集液槽，并配以疏水排放管道和防淤塞裝置。
美國基于其20多年對濕煙囪的研究和實際運行經驗，在濕煙囪材料和煙氣臨界流速方面積累了經驗。如果煙氣中的液體量較少或在靠近煙囪入口煙道處能有效地收集水滴，煙氣流速可以再高些。實踐表明，參考表中數據設計的煙囪，確實可以避免排放液體。
過去，大多數用耐酸磚砌的內煙囪是圓錐形，現在大部分是等直徑圓柱狀，后者允許的煙氣臨界流速高得多。錐形煙囪每層內襯磚之間有一處磚縫要錯位，大量的錯位縫成了煙氣重新夾帶液體的源頭。減小磚砌錐形內煙囪的斜度，可以允許較高的煙氣流速。由于在煙囪上部的壁面上形成了邊界層，貼近壁面的煙氣流速明顯低于主流體的流速，因此，煙囪上部也允許較高的流速。增加煙囪出口煙氣流速可以減少煙流下洗和增強擴散，為此，美國的做法是在煙囪出口處裝設調節門。
對于有多個內煙道的煙囪，可以使內煙道高出外煙囪2倍內煙道直徑的高度，這樣可以減少煙流下洗。對單煙道的煙囪則無此必要。
